我学设计模式：单例（Singleton）模式

保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

要想控制一个类只被创建一个实例，那么首要的问题就是把创建实例的权限收回来，让类自己来负责创建自己类的实例，然后由这个类来提供外部可以访问这个类实例的方法，这就是单例模式的实现方法。

单例模式的结构和实现

单例模式的结构图

Singleton:负责创建Singleton类自己的唯一实例，并提供一个getInstance的方法，来外部来访问这个类的唯一实例。

私有化构造方法
提供静态的获取实例的方法
定义存储实例的属性，因为要在静态方法中使用，因此要加上static修饰
实现控制实例的创建

示例代码

懒汉模式

所谓懒汉模式，既然懒，那么在创建对象实例时就不要着急，在马上要使用对象实例时才会创建，在装载对象时不会创建对象实例。

package com.liuhao.designpattern.singleton;

/**
 * 单例模式懒汉模式
 * 
 * @author liuhao
 * 
 *         2015年7月17日
 */
public class SingletonLazy {
    // 4. 定义一个变量来存储创建好的类实例
    // 5. 因为要在静态方法中使用，因此要加上static修饰
    private static SingletonLazy instance = null;

    // 1. 构造方法私有化，好在内部控制创建实例的数目
    private SingletonLazy() {
    }

    // 2. 定义一个方法为客户端提供类实例
    // 3. 这个方法需要定义成类方法，也就是
    public static SingletonLazy getInstance() {
        // 6. 判断存储实例的变量是否有值
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazy();
        }
        return instance;
    }

    private String singletonData;// 单例可以有自己的属性

    /**
     * 获取属性的值
     * 
     * @return 属性的值
     */
    public String getSingletonData() {
        return singletonData;
    }

    /**
     * 单例可以有自己的操作方法
     */
    public void singletonOperation() {

    }
}

饿汉模式

所谓饿汉模式，就是在创建对象实例时比较急，在装载类的时候就会创建对象实例。

package com.liuhao.designpattern.singleton;

/**
 * 单例模式饿汉模式
 * 
 * @author liuhao
 * 
 *         2015年7月17日
 */
public class SingletonHungry {
    // 4. 直装载类的时候就会创建对象实例，只创建一次
    private static SingletonHungry instance = new SingletonHungry();

    // 1. 构造方法私有化，好在内部控制创建实例的数目
    private SingletonHungry() {
    }

    // 2. 定义一个方法为客户端提供类实例
    // 3. 这个方法需要定义成类方法，也就是
    public static SingletonHungry getInstance() {
        // 5. 直接使用以及创建好的实例
        return instance;
    }

    private String singletonData;// 单例可以有自己的属性

    /**
     * 获取属性的值
     * 
     * @return 属性的值
     */
    public String getSingletonData() {
        return singletonData;
    }

    /**
     * 单例可以有自己的操作方法
     */
    public void singletonOperation() {

    }
}

其他

单例模式的范围

目前Java实现的单例是一个虚拟机范围的，因为装载类的功能是虚拟机的，所以一个虚拟机在通过自己的ClassLoader装载饿汉模式实现单例时就会创建一个类的实例。

因此如果一个虚拟机里面有很多个ClassLoader，而这些ClassLoader都装载某个类的话，就会产生多个实例。

单例模式的调用顺序

懒汉模式

单例模式的调用顺序

饿汉模式

单例模式的调用顺序

体现的一些思想

延迟加载
懒汉模式中，一开始没有加载所需的资源或者数据，一直等到马上就要使用了才加载，即所谓的“延迟加载”。
缓存
当某些资源或数据被频繁的使用，而且它们是存储在系统外部的（如数据库、硬盘），那么每次操作都要从数据库获取，速度会很慢，操作性能问题。

一个简单的方法就是把这些数据缓存到内存中，每次操作的时候先到内存里找，若有则直接使用；若果没有再获取它并设置到缓存中。

缓存是一种典型的空间换取时间的方案。

线程安全

不加同步的懒汉模式是线程不安全的。比如，有线程A、B同时调用getInstance方法，那就可能导致并发问题，如图。

如何实现懒汉模式的线程安全

加上关键字synchronized，如下

1	public static synchronized SingletonLazy getInstance() {}

双重检查加锁。不是在每次进入getInstance时都需要同步，而是先不同步，进入方法后，先检查实例是否存在。如果不存在才进入下面的同步块，这是第一重检查。进入同步块后，再次检查实例是否存在，如果不存在，就在同步的情况下创建一个实例，这是第二重检查。
双重检查加锁机制的实现需要使用volatile关键字，被它修饰的变量的值将不会被本地线程缓存，所有对该变量的读写都是直接操作共享内存，从而确保多个线程能够正确的处理该变量。
具体实现：

public static SingletonVolatile getInstance() {
    // 检查实例是否存在，不存在则进入到同步块
    if (instance == null) {
        // 同步块，线程安全地创建实例
        synchronized (SingletonVolatile.class) {
            // 再次检查实例是否存在，不存在则真正的创建实例
            if (instance == null) {
                instance = new SingletonVolatile();
            }
        }
    }
    return instance;
}

这种实现方式既可以实现线程安全，同时也不会对性能造成太大的影响。

饿汉模式是线程安全的。